JP2014017045A - ヘッド−ディスク接触および／または間隔を判定する方法、装置ならびに磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサの周波数領域シグネチャを用いて磁気ヘッドとディスクとの間の接触を判定する。
【解決手段】高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流を磁気ヘッドのヒータに印加する。磁気媒体に近接した領域に配置された温度センサの抵抗変化を判定する。抵抗変化はヒータ電流に応じて発生する。抵抗変化の周波数領域シグネチャに基づいて、磁気ヘッドと磁気媒体との間の間隔および接触の少なくとも一方を判定する。
【選択図】図１

Description

本開示は概して、データ保存のために用いる磁気記録装置に関する。

データ記憶システムは、磁気記録媒体から情報を読出して磁気記録媒体に情報を書込む１つ以上の記録ヘッドを含み得る。記録ヘッドとその関連媒体との間の距離または間隔は、比較的小さいことが望ましいことが多い。この距離または間隔を、本明細書中において「ヘッド−媒体間隔」と称する。ヘッド−媒体間隔を小さくすることによって、記録ヘッドは媒体に対するデータの書込および読出の両方をよりよく行なうことができる。ヘッド−媒体間隔を小さくすることによって、記録媒体面の凹凸や他の特徴の検出などの、記録媒体トポグラフィの調査も可能になる。

要約
本開示は、温度センサの周波数領域シグネチャを用いたヘッド−ディスク接触の判定に向けられる。１つの実施例では、高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流を磁気ヘッドのヒータに印加する。磁気媒体に近接した領域に配置された温度センサの抵抗変化を判定する。抵抗変化はヒータ電流に応じて発生する。抵抗変化の周波数領域シグネチャに基づいて、磁気ヘッドと磁気媒体との間の間隔および接触の少なくとも一方を判定する。

さまざまな実施例のこれらおよび他の特徴および局面が、以下の詳細な説明および添付の図面に鑑みて理解され得る。

以下の説明では、同一の参照番号は同様／同一の部品を指すのに用いられ得る以下の複数の図面を参照する。

例示的な実施形態に係るハードドライブスライダおよび媒体の配置のブロック図である。 例示的な実施形態に係るヒータ電力および抵抗センサの応答を示すグラフである。 例示的な実施形態に係るスライダの例示的な測定値を示すグラフ２００である。 例示的な実施形態に係る手順を示すフローチャートである。

詳細な説明
本開示は概して、データ保存のために用いる磁気記録装置に関する。データ記憶システムは、磁気記録媒体から情報を読出して磁気記録媒体に情報を書込む１つ以上の記録ヘッドを含み得る。記録ヘッドとその関連媒体との間の距離または間隔は、比較的小さいことが望ましいことが多い。この距離または間隔を、本明細書中において「ヘッド−媒体間隔」と称する。ヘッド−媒体間隔を小さくすることによって、記録ヘッドは媒体に対するデータの書込および読出の両方をよりよく行なうことができる。ヘッド−媒体間隔を小さくすることによって、記録媒体面の凹凸や他の特徴の検出などの、記録媒体トポグラフィの調査も可能になる。

ここで図１を参照して、ブロック図は、例示的な実施形態に係るスライダ１０２に用いられる磁気センサ／ライタの側面図を示す。このスライダ１０２は、たとえばハードドライブなどのデータ記憶装置の読出／書込ヘッドとして用いられ得る。このため、本開示では、「スライダ」および「磁気ヘッド」という用語は同じ意味で用いられ得る。スライダ１０２は、スライダ１０２とアーム１０４との間の若干の相対的な動きを可能にするサスペンション１０６によって、アーム１０４に結合される。スライダ１０２は、たとえばディスク１１１などの磁気記録媒体の表面１１０に近接して保持されるトレーリング端に、読出／書込トランスデューサ１０８を含む。スライダ１０２がディスク１１１の表面１１０上に配置されると、アーム１０４の下向きの力によってスライダ１０２と表面１１０との間に浮上高さ１１２が維持される。この下向きの力は、ディスク１１１の回転時に表面１１０とスライダ１０２の空気軸受面１０３との間に存在するエアクッションと釣合う。

安定した性能を確保するために、読出および書込の両動作時に幅広い範囲のディスク回転速度にわたって、予め定められたスライダ浮上高さ１１２を維持することが望ましい。領域１１４はスライダ１０２の「接近点」であり、これは一般にスライダ１０２と磁気記録媒体１１１との間の最も近い接触点であると理解され、一般にヘッド−媒体間隔１１３を規定する。スライダ浮上高さ１１２に影響し得る静的変化および動的変化の両方に対処するために、スライダ１０２は、ヘッド−媒体間隔１１３を微調整するためにスライダ１０２の領域１１４を操作時に設定調整可能であるように構成され得る。これは、領域１１４の幾何学的変化を表わす点線によって図１に示される。この例では、幾何学的変化は全体的または部分的に、領域１１４の温度の上昇または下降によって誘発され得る。

温度変化に応じて領域１１４の形状および撓みの大きさを変える能力は、たとえば、領域１１４がスライダ１０２の他の部分とは異なる材料からなることに起因し得る。このような場合、温度が変化すると、それぞれの材料の熱膨張特性が異なるためにこの領域１１４が変形する。スライダ１０２に対する熱の選択的な印加を用いて、たとえばトランスデューサ１０８と媒体面１１０との間に測定されるようなトランスデューサ１０８の有効なヘッド−媒体間隔１１３を微調整することができる。

有効なヘッド−媒体間隔１１３にわたってこの種類の制御を提供するため、スライダ１０２は１つ以上の加熱要素１１６を含み得る（または加熱要素１１６に熱結合され得る）。これらの加熱要素１１６（たとえば抵抗ヒータ）には、制御回路１１８によって選択可能な量の電流が与えられ得る。制御回路１１８はインターフェイス１２６を介して加熱要素１１６に結合され、インターフェイス１２６は、物理的および電気的な導電経路およびコネクタ、ならびに他の能動または受動回路（たとえばノイズフィルタ）を含み得る。

加熱要素１１６はさまざまな位置に（たとえば領域１１４の近くに）、スライダの空力特性に対する自身の影響を最小化するように装着され得る。加熱要素１１６に加えてまたは加熱要素１１６の代わりに、スライダ１０２の他の要素も熱を提供し得る。たとえば、読出／書込トランスデューサ１０８の書込コイルが、領域１１４の設定可能な変形を生じさせるのに十分な熱を発生し得る。また、非熱的装置（たとえば圧電装置）も、加熱要素１１６の代わりにまたは加熱要素１１６に加えて、領域１１４の若干の変形／撓みを生じさせ得る。

スライダ１０２は、領域１１４にまたは領域１１４に近接して配置された抵抗温度センサ１２０をさらに含む。このセンサ１２０は、領域１１４における温度（または温度変化）の高精度の測定を可能にする抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有するため、ＴＣＲセンサとも称される。ＴＣＲセンサ１２０は、センサ１２０と通信するセンサ回路１２２に結合される。センサ回路１２２は少なくとも、本明細書中に記載の機能を実行する論理回路を有するコントローラを含み得る。回路１２２は、信号調整、デジタル信号処理などの機能のためのアナログまたはデジタル回路をさらに含み得る。回路１２２はインターフェイス１２６を介してセンサ１２０に結合されて示されており、インターフェイス１２６は、ヒータ制御回路１１８と共通のいくつかの部品（たとえばコネクタ）を含み得る。

これもセンサ回路１２２に結合されたセンサ１２４によって表わされるように、１つ以上の他のＴＣＲセンサがスライダ１０２に用いられ得る。センサ１２４はセンサ１２０から物理的に離れた位置に配置され、センサ１２０とは別個にまたはセンサ１２０とともに（たとえば直列または並列に）配線され得る。センサ１２０，１２４の一方または両方は、領域１１４内の接近点の近くに、または媒体面１１０に近接した他の位置に配置され得る。

センサ１２０の応答は、動作時に媒体１１１との接触を感知するため、および／またはスライダ１０２のヘッド−媒体間隔１１３が検出するために用いられ得る。たとえば、いくつかの既存の接触検出技術は、センサ１２０にＤＣバイアスを印加すること、およびヒータ１１６への電力の変化に伴う抵抗の相対変化の検出を試みることを含む。接近点領域１１４が媒体面１１０と接触すると、温度上昇のために摩擦によって一般にセンサ抵抗が増大し得る。しかし、ＤＣ抵抗測定値はノイズに敏感であり、ＤＣ抵抗を推定できるようになるには多数のサンプルが必要であり得る。このため、システムの応答が容認できないほど遅くなり得る。また、この技術の感度はヒータ１１６の作動効率に大きく依存し得るため、空気軸受条件の変更に対して接触閾値を一致して設定することがより困難になり得る。たとえば、空気軸受設計同士の間の接触応答の差は、純粋にヒータ同士の間の効率差に起因し得る。

別の接触検出技術は、センサ１２０の検知した抵抗（または電圧）読取値の二乗平均平方根（ＲＭＳ）電力を測定することを含む。スライダ−ディスク接触のために機械的および熱的摂動が領域１１４内に発生し、これらの摂動は、センサ出力のＲＭＳ値でシグネチャ（たとえば増大）の形態で検出可能である。

本開示は、既存の抵抗に基づく接触検出方法に関連する問題に対処する方法および装置について述べる。たとえば、現在実施されている上記の接触検出技術は、ディスクと接触するスライダの点に対する抵抗要素の位置に敏感であり得る。この位置感度のため、このような技術は、接近点が異なるデュアルヒータを有する設計には容認できるレベルで実施することができない。本明細書中に記載の実施形態は、各々が読出／書込要素および／または異なる接近点に関連付けられたデュアルヒータを用いて実施される。たとえば、各ヒータは関連の接近点（たとえば読出センサおよび書込トランスデューサ）を有し得、センサは関連の接近点の一方または両方から離れて配置され得るが、依然として間隙／間隔を検出するために用いられ得る。本実施形態はさまざまなスキュー角でも実行され得、接触を宣言するのにセンサ信号の変調に依存しない。

現在実施されているこれらの接触検出方法の１つでは、電力は安定した波形またはＤＣ波形でヒータ１１６に印加される。ＤＣ波形の振幅は徐々に増大してスライダがディスクと接触する。接触は、ヘッドとディスクとの接触による誘発振動を測定することによって、または熱境界条件の変化による急激な抵抗変化によって、判定可能である。

図２を参照して、グラフは、例示的な実施形態に係る、印加されるヒータ電力および結果として生じるセンサ応答を示す。グラフ２０２に示すように、ＤＣ電力信号は正弦波でＡＣ変調される。当該グラフは、２つのＤＣオフセット電力レベルＰ₀およびＰ₁を示す。この例では、正弦波のピークトゥピーク振幅は、異なるＤＣオフセット電力レベルＰ₀、Ｐ₁に合わせて変化しない。これらの入力信号は、一定振幅の高周波数（１０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚ）ＡＣ波形をＤＣ波形と組合せることによって形成され得る。ここでは波長２０４で示される周波数は、異なるＤＣオフセット電力レベルＰ₀、Ｐ₁においても一定である。

グラフ２０６には、スライダに装着された熱抵抗係数（ＴＣＲ）センサのＡＣ成分が示される。この出力信号は、グラフ２０２に示される２つのヒータ電力レベルＰ₀、Ｐ₁に対応し、入力波形と同じ周波数（波長２０８で示す）で抽出される。ＴＣＲセンサは、ここでは振幅Ａ₀およびＡ₁によって示される、ヒータ電力のＡＣ成分と同じ周波数の抵抗変化で応答する。合計のセンサ出力はＤＣオフセットおよび他の成分（たとえばノイズ）を含み得ることが認識されるであろう。グラフ２０６は、スライダ浮上高さを判定するために、抽出される（たとえばフィルタリングされる）対象の周波数２０８のＡＣ成分のみを表わすことを目的とする。

グラフ２０６に示すように、抵抗の大きさは、ヒータ電力の変化に応じて振幅Ａ₀からＡ₁に変化する。グラフ２０６は増大するヒータ電力に応じた振幅増大を示すが、振幅は増大するヒータ電力に応じて減少もする。これは、センサが正のＴＣＲを有するか負のＴＣＲを有するか、およびセンサに近接した伝熱に影響する他の条件に起因し得る。たとえば、ヒータ電力を増大させるとセンサに供給される熱エネルギが増大するが、抵抗要素がディスクにより近付く。こうしてディスクにより近接することによって伝熱境界条件が変わり、グラフ２０６に示す信号を測定するために用いる要素の最終的な抵抗に影響を与え得る。この結果、ヒータ電力が増大すると一般にスライダの一部で温度が上昇し得るが、ＴＣＲセンサは、ヘッド−ディスク接触の伝熱効果（たとえば伝導率増大）による温度低下を認識し得る。

ＡＣ変調電力の周波数で発生する抵抗変化は周波数領域において測定可能である。たとえば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて時間領域から周波数領域に信号を変換可能なデジタル信号処理（ＤＳＰ）回路が広く利用可能である。これに対して、ＤＣのみの方法は、必要な回路が複雑であるため、ディスクドライブ内で実施するのがより困難であり得る。

次に図３を参照して、グラフ３００は、例示的な実施形態に係るスライダの測定値を示す。一般的に、グラフ３００は、異なるレベルのヒータ電力でスライダアセンブリから採った多数の測定値を含む（横軸）。縦軸は、トレース３０２〜３０５の信号振幅を示す。なお、トレース３０２〜３０５は互いに異なる単位およびスケールで表すことができ、さまざまな種類の測定値の一般的な傾向を示すために提示される。

トレース３０２は、ヘッドとディスクとの間の静止摩擦の測定値である。このトレース３０２は、約１２０ｍＷのヒータ電力で接触の始まりを示しており、摩擦は安定して最大約１７０ｍＷまで増大する。１７０ｍＷを超えると摩擦は横ばいになり、ヘッドとディスクとの間の最大の／完全な接触を示す。トレース３０３は、スライダの誘発振動の従来の測定値である。トレース３０４は、ＴＣＲセンサの従来のＤＣ抵抗変化である。なお、このトレース３０４は、約１４０ｍＷまで比較的一定の勾配で減少する。トレース３０４は、ＴＣＲセンサに近接した接触誘発伝導率変化に応じて、１４０ｍＷおよび１６０ｍＷの両方において勾配が変化する。

図３のトレース３０５は、ヒータ電圧／電流上に変調されたＡＣ波形の周波数で周波数領域において測定されたＴＣＲセンサ抵抗変化の振幅である。このトレース３０５は、範囲にわたる勾配の変動が、曲線３０４に見られるよりも大きい。トレース３０５も、接触シグネチャとして使用可能な、接触点における明らかな変化を示す。たとえば、約１２０ｍＷで、トレース３０５はトレース３０５の曲率の符号が変化する変曲点を有する。約１３５ｍＷの極小値で、勾配は負から正に変化する。勾配の傾向および方向のこれらの変化は（たとえばトレース３０５の第１の微分係数をヒータ電力の関数として見ることによって）検出可能である。この例では、トレース３０５は、たとえばトレース３０２に示される物理的摩擦測定値によって表わされるように、かなり正確で検出可能な接触表現を提供する。トレース３０５に対して、ＤＣトレース３０４は比較的弱く遅い接触シグネチャを示す。

トレース３０５に見られる抵抗変化の振幅は、接触点における検出可能な変化を示す。このトレース３０５の形状は示される構成に適用可能であるが、別の曲線／傾向もヘッド−ディスク接触のシグネチャとして使用可能であることが認識されるであろう。たとえば、抵抗自体の任意の変曲点または局所的極値（たとえば最小もしくは最大）、またはその微分係数がヘッド−ディスク接触を示し得る。これらのシグネチャを検出して、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）の所望の動作間隙を設定するのに用いることができる。たとえば、トレース３０５の値および勾配を用いて、浮上高さ間隙および／またはヘッド−媒体間隔を判定することもできる。この種類の間隙検出では抵抗要素が接近点になくてもよいため、デュアルヒータＨＧＡとともに良好に実施される。この種類の間隙検出には、高レベルのアドバンス空気軸受（ＡＡＢ）変調が不要である。

上記の実施形態は多数の変形を含み得ることが認識されるであろう。たとえば、スライダは２つ以上のヒータ、たとえば磁気リーダの高さを制御するための１つのヒータと、磁気ライタの高さを制御するための別のヒータとを含み得る。一方または両方のヒータと同じまたは異なる時間に動作するＴＣＲセンサが用いられ得る。１つの変形では、ＴＣＲセンサの２つの異なる周波数領域出力を分析できるように、ヒータは異なる周波数波形で変調され得る。同様に、複数のＴＣＲセンサが、別個に配線されるか、または互いに並列および／もしくは直列に結合されて用いられ得る。これらのセンサからの信号は、それらの結合によって可能なように別個にまたは互いに組合わされて分析され得る。

次に図４を参照して、フローチャートは、例示的な実施形態に係る手順を示す。この手順は、高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流を磁気ヘッドのヒータに印加すること４０２を含む。ヒータは、磁気ヘッドと媒体との間の間隔を調整するように構成され得る。高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流はＤＣオフセットを含み得、ＤＣオフセットは間隔を調整するように変更される。

磁気媒体に近接した領域に配置された温度センサの抵抗変化を判定する４０４。抵抗変化はヒータ電流に応じて発生する。この抵抗データを任意に、時間領域から周波数領域に変換してもよい４０６。抵抗変化の周波数領域シグネチャに基づいて、磁気ヘッドと磁気媒体との間の接触および間隙／間隔の少なくとも一方を判定する４０８。周波数領域シグネチャは、ヒータ電流の周波数で測定され得る。周波数領域シグネチャは、周波数領域において測定される抵抗の局所的極値および／または変曲点を含み得る。このような場合、局所的極値および／または変曲点は、磁気ヘッドと媒体との間の接触に応じて発生する。

例示的な実施例の上記の説明は、例証および説明のために提示した。これは網羅的であること、または実施例を開示した厳密な形態に限定することを意図していない。上記の教示に鑑みて多くの修正および変形が可能である。個別にまたは任意の組合せで適用可能な開示した実施例のいずれかまたはすべての特徴は限定的であることを意味しておらず、純粋に例示的なものである。本発明の範囲はこの詳細な説明によってではなく、これに添付の請求項によって決定されることが意図される。

１０２ スライダ、１０３ 空気軸受面、１０４ アーム、１０６ サスペンション、１０８ 読出／書込トランスデューサ、１１０ 表面、１１１ ディスク、１１２ 浮上高さ、１１３ ヘッド−媒体間隔、１１４ 領域、１１６ 加熱要素、１１８ 制御回路、１２０ 抵抗温度センサ、１２２ センサ回路、１２４ センサ、１２６ インターフェイス。

Claims (20)

1. 高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流を磁気ヘッドのヒータに印加するステップと、
   磁気媒体に近接した領域に配置された温度センサの抵抗変化を判定するステップとを備え、前記抵抗変化は前記ヒータ電流に応じて発生し、さらに、
   前記抵抗変化の周波数領域シグネチャに基づいて、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の間隔および接触の少なくとも一方を判定するステップを備える、方法。
2. 前記ヒータは、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の前記間隔を調整するように構成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流はＤＣオフセットを含み、前記ＤＣオフセットは前記間隔を調整するように変化する、請求項２に記載の方法。
4. 前記温度センサは、前記ヒータに関連付けられた接近点から離れて配置される、請求項２に記載の方法。
5. 前記ヒータ電流は１０ｋＨｚ以上で変調される、請求項１に記載の方法。
6. 前記周波数領域シグネチャは、前記ヒータ電流の周波数で測定される、請求項１に記載の方法。
7. 前記周波数領域シグネチャは、周波数領域において測定される抵抗の局所的極値および変曲点の少なくとも一方を含み、前記局所的極値および前記変曲点の少なくとも一方は、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の前記接触に応じて発生する、請求項１に記載の方法。
8. 磁気ヘッドであって、
   前記磁気ヘッドと磁気媒体との間の間隔を調整するように構成された少なくとも１つのヒータと、
   前記磁気媒体に近接した領域に配置された温度センサと、
   前記ヒータおよび前記温度センサに結合されたコントローラインターフェイスとを備え、前記コントローラインターフェイスは、
   高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流を前記ヒータに印加すること、
   前記ヒータ電流に応じて前記温度センサの抵抗変化を判定すること、ならびに
   前記抵抗変化の周波数領域シグネチャに基づいて、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の間隔および接触の少なくとも一方を判定することを容易にするように構成される、磁気ヘッド。
9. 前記ヒータは、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の前記間隔を調整するように構成される、請求項８に記載の磁気ヘッド。
10. 前記高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流はＤＣオフセットを含み、前記ＤＣオフセットは前記間隔を調整するように変化する、請求項９に記載の磁気ヘッド。
11. 第２のヒータをさらに備え、前記温度センサは、前記ヒータおよび前記第２のヒータの少なくとも一方に関連付けられた接近点から離れて配置される、請求項９に記載の磁気ヘッド。
12. 前記ヒータ電流は１０ｋＨｚ以上で変調される、請求項８に記載の磁気ヘッド。
13. 前記周波数領域シグネチャは、前記ヒータ電流の周波数で測定される、請求項８に記載の磁気ヘッド。
14. 前記周波数領域シグネチャは、周波数領域において測定される抵抗の局所的極値および変曲点の少なくとも一方を含み、前記局所的極値および前記変曲点の少なくとも一方は、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の前記接触に応じて発生する、請求項８に記載の磁気ヘッド。
15. 磁気媒体と、
    磁気ヘッドとを備え、前記磁気ヘッドは、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の間隔を調整するように構成された少なくとも１つのヒータと、前記磁気媒体に近接した領域に配置された温度センサとを有し、さらに、
    前記磁気ヘッドに結合されたコントローラを備え、前記コントローラは、
    高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流を前記ヒータに印加し、
    前記ヒータ電流に応じて前記温度センサの抵抗変化を判定し、
    前記抵抗変化の周波数領域シグネチャに基づいて、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の間隔および接触の少なくとも一方を判定するように構成される、装置。
16. 前記ヒータは、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の前記間隔を調整するように構成される、請求項１５に記載の装置。
17. 前記高周波数のＡＣ変調されたヒータ電流はＤＣオフセットを含み、前記ＤＣオフセットは前記間隔を調整するように変化する、請求項１６に記載の装置。
18. 前記ヒータ電流は１０ｋＨｚ以上で変調される、請求項１５に記載の装置。
19. 前記周波数領域シグネチャは、前記ヒータ電流の周波数で測定される、請求項１５に記載の装置。
20. 前記周波数領域シグネチャは、周波数領域において測定される抵抗の局所的極値および変曲点の少なくとも一方を含み、前記局所的極値および前記変曲点の少なくとも一方は、前記磁気ヘッドと前記磁気媒体との間の前記接触に応じて発生する、請求項１５に記載の装置。